Вернуться к обычному виду

Савватимский А.И. «Плавление графита и свойства жидкого углерода»

 
20.12.2013





Аннотация

Монография посвящена экспериментальному исследованию проблемы плавления углерода и получению физических свойств жидкого углерода, в частности, таких свойств:  электросопротивление, энтальпия, теплоемкость СP и  CV,  тепловое расширение, теплота плавления. Рассмотрен вопрос об измерении температуры плавления углерода, отмечено влияние сублимации углерода на измерение температуры выше 3000 К. Приведено описание  ключевых экспериментальных  работ, начиная с 1911 года и последовательное установление параметров тройной точки углерода ( Р – 107-110 атмосфер; Т – 4800-4900 К), полученных как нагревом тока, так и лазерным нагревом. Приведены оригинальные данные автора (совместно с С.В.Лебедевым, В.Н.Коробенко, А.Д.Рахелем) для свойств жидкого углерода, начиная от точки плавления до температур 20-35 кК при быстром нагреве импульсом электрического тока.  Проведено сравнение результатов измерения свойств, полученных  при быстром нагреве (микросекунды) и при медленном нагреве (миллисекунды). Показана металличность свойств жидкого углерода и ее изменчивость при высоком давлении. Книга предназначена для теплофизиков, исследующих углерод при высокой температуре и при высоком давлении; специалистов широкого профиля, занимающихся углеродом, а также импульсным нагревом тугоплавких веществ. Изложенный материал также может быть полезен студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

Монография издана на личные средства автора.

© Савватимский А.И.


Предисловие

В монографии подробно рассмотрены экспериментальные исследования свойств углерода, нагреваемого до высоких температур, как стационарными методами, так и импульсными (начиная от долей секунды вплоть до наносекунд). Представлены ключевые исследования по углероду, начиная с 1911 года.

Детально рассмотрены работы классика углеродной тематики Фрэнсиса Банди (миллисекундный нагрев) при высоких давлениях; стационарные исследования НИИГРАФИТА; работы нескольких коллективов ОИВТ РАН при нагреве током и лазером. Рассмотрены параметры тройной точки углерода, в том числе необходимость применения давления не менее 100 бар для плавления графита. Установлено значение температуры плавления углерода 4800-4900 К. Металличность расплавленного графита высокой исходной плотности в настоящее время не вызывает сомнений.

Показано соответствие результатов автора (полученных совместно с В.Н. Коробенко) для области плавления углерода (при микросекундном нагреве графита током в сапфировых капиллярах) как с результатами работ Фрэнсиса Банди, так и Тогайя (Япония), полученными при миллисекундном нагреве током при высоких статических давлениях (14-94 кбар). В последнем случае речь идет о снижении электросопротивления жидкого углерода в точке плавления (при введенной энергии ~ 21 кДж/г) при одновременном росте давления до 50 кбар, а также о повышении электросопротивления жидкого углерода для давлений свыше 50 кбар.

Кроме теплоемкости при постоянном давлении (СP) измерена теплоемкость жидкого углерода при постоянном объеме (СV) при нагреве графита в ограниченном объеме (сапфировые трубки). Знание (СV) позволило оценить температуру жидкого углерода значительно выше точки плавления. Применение сапфировых капиллярных трубок при быстром (микросекунды) нагреве током позволило достигнуть температур жидкого углерода 20 000 К (по крайней мере). При этом обнаружен переход для жидкого углерода типа металл-неметалл гораздо выше точки плавления (при вводе энергии около 35 кДж/г), аналогичный обнаруженному Тогайя в точке плавления. Электросопротивление жидкого углерода (значительно выше точки плавления) растет с вводом энергии при давлении выше 50 кбар.

Обсуждаются методические вопросы импульсного нагрева, в частности роль пинчевого давления в получении жидкого состояния углерода. Приведены схемы импульсных установок и их инструментальное обеспечение. Исследована роль внешней среды (воздух, вода, капиллярные трубки) для получения высокого компрессионного давления.

Подробно рассмотрены опубликованные результаты лаборатории электровзрывных процессов с 1972 года (начало графитовых исследований) под руководством С.В. Лебедева. Показано последовательное развитие импульсного нагрева в ОИВТ РАН применительно к графиту.

В Приложении 1 представлены установки для исследования высокотемпературных свойств углерода; в Приложении 2 - фотографии научных сотрудников, а также фотографии примечательных событий последних лет в мире углерода и в мире теплофизики, в том числе всемирные конференции по углероду (Carbon-2009 во Франции, Carbon-2011 в Китае, Carbon-2012 в Польше).

savva@iht.mpei.ac.ru


Возврат к списку



Савватимский А.И. «Плавление графита и свойства жидкого углерода»